EP1627146B1 - Einspritzsystem für eine brennkraftmaschine, insbesondere für einen dieselmotor - Google Patents

Einspritzsystem für eine brennkraftmaschine, insbesondere für einen dieselmotor Download PDF

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EP1627146B1
EP1627146B1 EP04787218A EP04787218A EP1627146B1 EP 1627146 B1 EP1627146 B1 EP 1627146B1 EP 04787218 A EP04787218 A EP 04787218A EP 04787218 A EP04787218 A EP 04787218A EP 1627146 B1 EP1627146 B1 EP 1627146B1
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volume
pump
injector
pressure pump
integrated
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EP04787218A
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Thomas Grossner
Christoph Klesse
Hans Riepl
Christian Taudt
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to an injection system for an internal combustion engine, in particular for a diesel engine, with a high pressure pump for fuel supply in at least one injector via at least one disposed between the high pressure pump and the injector fuel line and with a high pressure pump upstream prefeed pump for delivering fuel from a fuel tank in the high pressure pump.
  • the present invention is accordingly an object of the invention to provide a hydraulic system, which despite a built-in high-pressure pump storage volume comparable Hydraulic stability causes simpler design of the entire system.
  • a further embodiment of the invention can be 0.006 to 0.02 1 / cm 2 in a high-pressure pump with a diaphragm at the high pressure output, the ratio of the aperture diameter to the integrated pump volume.
  • This panel is installed in any existing high pressure outlet.
  • a further optimization of the entire hydraulic system is provided by an additional parameter, namely the ratio of the length of the fuel line between the high pressure pump and the respective injector and the integrated pump volume, which can be 3 to 9 1 / cm 2 .
  • the injection system schematically illustrated in FIG. 1 for an internal combustion engine, in particular for a diesel engine, has a high-pressure pump 1 with integrated storage strip (storage rail).
  • This high-pressure pump 1 is preceded by a pre-feed pump for conveying fuel from a fuel tank not shown in the high-pressure pump 1 upstream.
  • This high-pressure pump 1 is connected via fuel lines 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 each with an injector 4.1, 4.2, 4.3, 4.4.
  • the storage volume of these injectors is increased according to the invention, wherein a second high-pressure bore may be present to increase the volume.
  • the inner diameter of the fuel lines 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 between the outlet of the high-pressure pump 1 and the respective injector 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 is in the range of 0.025 to 0.65 1 / cm 2 in relation to the integrated pump volume.
  • the ratio of the length of the lines 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 between the high-pressure pump 1 and the relevant injector is 3.0 to 9.0 1 / cm 2 .
  • Fig. 2 shows in a coordinate system, the injection quantity (axis y) to the separation angle (axis x).
  • the region I defines the pilot injection, with the main injection (region II) taking place after a separation angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is varied according to experience in the range between 5 ° and 40 °.
  • Figures 3a and 3b show a diagram of the optimized "railless" system (reference A) compared to a conventional system (reference N). Shown are the injection quantities (axis y) of the main injection (FIG. 3a) and the pilot injection (FIG. 3b) as a function of the separation angle (axis x) from pre-to main injection.
  • Fig. 3 shows a typical full load situation. As can be seen from FIG. 3b; In the pre-injection with respect to the system A according to the invention and the conventional system N, virtually identical values of the injection quantities are present over the entire separation angle.
  • Fig. 3a that is, the main injection
  • the conventional system has large injection quantity fluctuations over the entire separation angle range, that is, there are large irregularities with respect to the injection quantity.
  • the injection quantity fluctuates between 45 and more than 47 mg / stk at the operating point shown here.
  • a strong equalization of the injection quantity over the entire separation angle can be recognized by the railless system according to the invention.
  • FIGS. 4a and 4b show a situation similar to that of FIG. 3a and FIG. 3b at partial load.
  • FIG. 4b namely the pre-injection, that there is a high degree of equalization of the injection quantity over the entire separation angle in the railless system according to the invention, whereas in a conventional system there are still strong peak values.
  • Fig. 4a shows the system at part load and main injection.
  • the injection quantity values during Conventional system have significant volume fluctuations (up to 2 mg / stk with a target amount of 10 mg / stk) (curve N)
  • curve N the injection quantity values during Conventional system
  • curve A a significant homogenization of the injection quantities over the conventional system over the entire separation angle range given is.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, mit einer Hochdruckpumpe zur Kraftstoffeinspeisung in mindestens einen Injektor über mindestens eine zwischen der Hochdruckpumpe und dem Injektor angeordneten Kraftstoffleitung und mit einer der Hochdruckpumpe vorgeordneten Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter in die Hochdruckpumpe.
  • Zum Stand der Technik im Bereich der Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren sind in dieser Beziehung beispielsweise die DE 199 33 567 C1 und die DE 198 58 084 C1 bekannt. Hierbei zählt es bei einem konventionellen System zum Stand der Technik, der Hochdruckpumpe über eine Leitung eine Leiste (Rail) nachzuordnen, welche ihrerseits über verschiedene Leitungen mit dem jeweiligen Injektor verbunden ist.
  • Aufgrund von Forderungen seitens des Automobilherstellers, immer kostengünstiger zu produzieren, muss in diesem Zusammenhang weiter nach Möglichkeiten gesucht werden, das bekannte Common-Rail-System bei gleichbleibender Wirkungsweise kostengünstiger zu gestalten.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches System zu schaffen, welches trotz in die Hochdruckpumpe integriertem Speichervolumen eine vergleichbare hydraulische Stabilität bei einfacherer Gestaltung des gesamten Systems bewirkt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innendurchmesser der Kraftstoffleitung zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe und dem Injektor im Verhältnis zum integrierten Pumpvolumen im Bereich von 0,025 bis 0,065 1/cm2 liegt und dass das Volumen des Injektors im Verhältnis zum integrierten Pumpenvolumen 0,075 bis 0,25 beträgt. Es ergibt sich also eine überraschende Wirkung in der Kombination von maximalem Leitungsinnendurchmesser und maximal möglichem Volumen innerhalb des Injektors. Eine Optimierung dieser beiden Parameter ermöglicht eine Einspritzmengenstabilität wie die eines konventionellen Systems bei erheblich weniger Bauelementen bei kostengünstigerer Gestaltung.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer Hochdruckpumpe mit einer Blende an deren Hochdruckausgang das Verhältnis des Blendendurchmessers zum integrierten Pumpenvolumen 0,006 bis 0,02 1/cm2 sein. Diese Blende wird in jedem vorhandenen Hochdruckausgang eingebaut.
  • Eine weitere Optimierung des gesamten hydraulischen Systems wird durch einen zusätzlichen Parameter geschaffen, nämlich das Verhältnis der Länge der Kraftstoffleitung zwischen der Hochdruckpumpe und dem jeweiligen Injektor und dem integrierten Pumpenvolumen, welches 3 bis 9 1/cm2 betragen kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der ZEICHNUNG dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Einspritzsystems mit Hochdruckpumpe und Injektorleitungen
    Fig. 2
    die Beziehung zwischen Einspritzmenge und Separationswinkel in einem Ordinatensystem
    Fig. 3
    ein Diagramm bezüglich des Verhältnisses zwischen Einspritzmenge und Separationswinkel bei Volllast, mit Voreinspritzung gemäß Fig. 3b und Haupteinspritzung gemäß Fig. 3a
    Fig. 4
    a und 4b die Situation analog Fig. 3a und Fig. 3b bei Motorteillast.
  • Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor weist eine Hochdruckpumpe 1 mit integrierter Speicherleiste (Speicherrail) auf. Dieser Hochdruckpumpe 1 ist eine nicht näher dargestellte Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem nicht näher dargestellten Kraftstoffbehälter in die Hochdruckpumpe 1 vorgeschaltet.
  • Diese Hochdruckpumpe 1 ist über Kraftstoffleitungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 jeweils mit einem Injektor 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 verbunden. Das Speichervolumen dieser Injektoren ist erfindungsgemäß vergrößert, wobei zur Volumenvergrößerung eine zweite Hochdruckbohrung vorhanden sein kann.
  • Der Innendurchmesser der Kraftstoffleitungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 1 und dem betreffenden Injektor 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 liegt im Verhältnis zum integrierten Pumpenvolumen im Bereich von 0,025 bis 0,65 1/cm2. Darüber hinaus beträgt das vergrößerte Volumen des Injektors 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 im Verhältnis zum integrierten Pumpenvolumen 0,75 bis 0,25.
  • Das Verhältnis der Länge der Leitungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 zwischen der Hochdruckpumpe 1 und dem betreffenden Injektor liegt bei 3,0 bis 9,0 1/cm2.
  • Optimale Verhältnisse der vorgenannten Parameter ergeben sich durch folgende Werte:
    1. a) Leitungslänge zu integriertem Pumpenvolumen 4,4 1/cm2
    2. b) Blendendurchmesser am jeweiligen Hochdruckpumpenausgang zu integriertem Pumpenvolumen 0,008 1/cm2 (nach Fig. 1, vier vorhandene Hochdruckausgänge)
    3. c) Leitungsdurchmesser zu integriertem Pumpenvolumen 0,03 1/cm2
    4. d) Injektorvolumen zu integriertem Pumpenvolumen 0,1.
  • Fig. 2 zeigt in einem Koordinatensystem die Einspritzmenge (Achse y) zum Separationswinkel (Achse x). Der Bereich I definiert hierbei die Voreinspritzung, wobei nach einem Separationswinkel α die Haupteinspritzung (Bereich II) erfolgt. Der Winkel α wird erfahrungsgemäß im Bereich zwischen 5° und 40° variiert.
  • Fig. 3a und Fig. 3b zeigen ein Diagramm des optimierten "raillosen" Systems (Bezugsgröße A) im Vergleich zu einem konventionellen System (Bezugsgröße N). Dargestellt sind die Einspritzmengen (Achse y) der Haupteinspritzung (Fig. 3a) und der Voreinspritzung (Fig. 3b) in Abhängigkeit des Separationswinkels (Achse x) von Vor- zur Haupteinspritzung.
  • Fig. 3 zeigt hierbei eine typische Volllastsituation. Wie aus Fig. 3b erkennbar; liegen bei der Voreinspritzung bezüglich des erfindungsgemäßen Systems A und des konventionellen Systems N nahezu identische Werte der Einspritzmengen über den gesamten Separationswinkel vor.
  • Aus Fig. 3a, das heißt der Haupteinspritzung, geht hervor, dass das konventionelle System starke Einspritzmengenschwankungen über den gesamten Separationswinkel-Bereich aufweist, das heißt bezüglich der Einspritzmenge große Unregelmäßigkeiten vorliegen. Die Einspritzmenge schwankt im hier dargestellten Betriebspunkt zwischen 45 und über 47 mg/stk. Demgegenüber ist durch das erfindungsgemäße raillose System eine starke Vergleichmäßigung der Einspritzmenge über den gesamten Separationswinkel erkennbar.
  • Fig. 4a und Fig. 4b zeigen eine Situation ähnlich der nach Fig. 3a und Fig. 3b bei Teillast. Hier ist aus Fig. 4b, nämlich der Voreinspritzung, erkennbar, dass eine starke Vergleichmäßigung der Einspritzmenge über den gesamten Separationswinkel bei dem erfindungsgemäßen raillosen Systems vorliegt, wohingegen bei einem konventionellen System weiterhin starke Spitzenwerte vorliegen.
  • Fig. 4a zeigt das System bei Teillast und Haupteinspritzung. Auch hier ist erkennbar, dass die Einspritzmengenwerte beim konventionellen System erhebliche Mengenschwankungen (bis zu 2 mg/stk bei einer Sollmenge von 10 mg/stk) (Kurve N) aufweisen, wohingegen bei dem erfindungsgemäßen raillosen System gemäß Kurvenverlauf A eine erhebliche Vergleichmäßigung der Einspritzmengen gegenüber dem konventionellen System über den gesamten Separationswinkel-Bereich gegeben ist.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird also ein sogenanntes railloses System geschaffen, welches bei erheblich geringerem Aufwand eine Verbesserung der Einspritzmengenstabilität im Gegensatz zu einem konventionellen System beinhaltet.

Claims (5)

  1. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor,
    mit einer Hochdruckpumpe (1) mit integriertem Pumpenvolumen zur Kraftstoffeinspeisung in mindestens einen Injektor (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) über mindestens eine zwischen der Hochdruckpumpe und dem Injektor angeordneten Kraftstoffleitung (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) und mit einer der Hochdruckpumpe (1) vorgeordneten Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter in die Hochdruckpumpe (1)
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Innendurchmesser der Kraftstoffleitung (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe (1) und dem Injektor (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) im Verhältnis zum integrierten Pumpenvolumen der Hochdruckpumpe im Bereich von 0,025 bis 0,065 1/cm2 liegt und
    dass das Volumen des betreffenden Injektors (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) im Verhältnis zum integrierten Volumen 0,75 bis 0,25 beträgt.
  2. Einspritzsystem nach Anspruch 1, mit je einer Blende an jedem vorliegenden Pumpenhochdruckausgang der Hochdruckpumpe (1),
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Blendendurchmessers zum integrierten Pumpenvolumen 0,006 bis 0,02 1/cm2 ist.
  3. Einspritzsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kraftstoffleitung (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) zwischen der Hochdruckpumpe und dem jeweiligen Injektor und dem integrierten Pumpenvolumen 3,0 bis 9,0 1/cm2 beträgt.
  4. Einspritzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verhältnisse:
    a) Leitungslänge zu integriertem Pumpenvolumen 4,4 1/cm2,
    b) Blendendurchmesser zu integrierten Pumpenvolumen 0,008 1/cm2
    c) Leitungsdurchmesser zu integriertem Pumpenvolumen 0,03 1/cm2 und
    d) Injektorvolumen zu integriertem Pumpenvolumen 0,1.
  5. Einspritzsystem nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor zur Volumenvergrößerung eine zweite Hochdruckbohrung aufweist.
EP04787218A 2003-10-31 2004-09-27 Einspritzsystem für eine brennkraftmaschine, insbesondere für einen dieselmotor Expired - Lifetime EP1627146B1 (de)

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